Der Krones Konzern mit Hauptsitz in Neutraubling bei Regensburg entwickelt, baut und installiert vollautomatische Maschinen und komplette Anlagen inkl. produktbezogener IT-Lösungen in den Bereichen Prozesstechnik, Abfüll- und Verpackungstechnik sowie Intralogistik. Hauptabnehmer sind Getränke- und Lebensmittelhersteller sowie die chemische, pharmazeutische und kosmetische Industrie. Mit dem Bau von Etikettiermaschinen hatte Krones 1951 begonnen – heute ist das Unternehmen weltweit tätig. Krones hat sich über die klassische Maschinen- und Anlagentechnik weit hinaus entwickelt. Das Unternehmen mit seinen weltweit über 9.000 Mitarbeitern ist unter einer ganzheitlichen Betrachtungsweise zum \’Rundum-Problemlöser\‘ für seine Kunden geworden, indem Maschinenbau, Anlagen-Know-how, Verfahrenstechnik, Mikrobiologie und Informationstechnik harmonisch miteinander verbunden und optimiert wurden. Mit welchem Steuerungssystem Maschinen und Anlagen aus dem Hause Krones ausgestattet werden, entscheidet der Kunde. Vorwiegend baut Krones Maschinen mit Siemens- und Rockwell-Steuerungen, aber auch andere SPS-Systeme sind möglich. Rund 85% der produzierten Anlagen gehen ins Ausland. Manchmal sind aber Mischformen möglich oder sogar zwingend erforderlich, wenn sich Maschinen oder Anlagenteile nur mit einem bestimmten System betreiben lassen. Also treffen auch bei Krones unterschiedliche Steuerungsplattformen aufeinander. So werden beispielsweise die von Krones selbst entwickelten Streckblasmaschinen mit Siemens-Steuerungen betrieben. Mit diesen Maschinen werden Kunststoffflaschen (PET) hergestellt. Dabei wird die sogenannte Preform – ein PET-Vorformling, der aus einer Preform-Spritzgussmaschine hergestellt wird – erwärmt und mit Druckluft in seine endgültige Form gebracht. Dabei können in einer Stunde zwischen 10.000 und knapp 60.000 Behälter hergestellt werden. Innerhalb einer kompletten Anlage für die Abfüll- und Verpackungstechnik stellen Streckblasmaschinen natürlich nur eine Komponente dar. Eine mittelgroße Anlage besteht im Schnitt aus 15 Maschinen, von der Auspackmaschine bis hin zur Palettiermaschine. Um diese Maschinen miteinander zu koppeln, d.h. die Komponenten miteinander kommunizieren zu lassen, müssen alle Beteiligten die gleiche Sprache sprechen. Das ist aber leider nicht der Fall. Eine Siemens S7-Steuerung kann nicht ohne weiteres mit einer Rockwell-Steuerung kommunizieren, auch wenn beide über ein Ethernet-Interface verfügen. Obwohl sich die verwendeten Protokolle recht ähnlich sind – schließlich basieren alle auf der Basistechnologie Ethernet – ist Kommunikation zwischen entsprechenden Stationen und Netzen nicht ohne weiteres möglich. Um Verbindungen zwischen den unterschiedlichen Steuerungswelten zu schaffen, sind Übersetzer notwendig. Das Inat echochange ist solch ein Übersetzer. Als Ethernet-Gateway setzt echochange die verschiedenen Transport- und Applikationsprotokolle um und macht damit Kommunikation möglich. Auch Krones stand vor der Frage: Wenn verschiedene Steuerungssysteme auf die Rockwell Automation Welt treffen, wie können wir diese über Ethernet koppeln? Walter Dallmeier aus der Abteilung F&E bei Krones erklärt: \“Wir haben echochange einem ersten Test unterzogen, indem wir es als Koppler zwischen einer Krones-Eigenentwicklung und einem zugekauften Modul einsetzten. Diese Kopplung funktionierte auf Anhieb. Auch den Einsatz, den Inat an den Tag legte, bewegte uns mit ihnen weiter zu arbeiten. Nach der Klärung von weltweiter Verfügbarkeit, Kompatibilität des echochange-Moduls über mehrere Jahre hinweg und Support wurde die Entscheidung zugunsten des echochange gefällt!
Dolmetscher zwischen Siemens und Rockwell
Echochange verfügt über zwei TP-Anschlüsse und kann damit als Brücke zwischen zwei physikalisch voneinander getrennten Netzwerken eingesetzt werden oder als Konverter in einem heterogenen Netzwerk, in dem die unterschiedlichen Protokolle auf einem Medium laufen. Für die Kommunikation wird lediglich eine Verbindung im echochange parametriert. Diese setzt sich aus zwei Teilen zusammen. Auf der einen Seite werden die Parameter für die Kommunikation zwischen Rockwell-SPS und echochange festgelegt, auf der anderen Seite die Parameter zwischen echochange und der Siemens-SPS. Es wird definiert, welches Transport- und welches Applikationsprotokoll umzusetzen ist und wie die Kommunikationspartner und die Anwendungen adressiert werden. Auf Steuer-ungsseite wird lediglich definiert, welche Daten gesendet werden bzw. wo die empfangenen Daten abgelegt werden.
Protokollwandlung im Detail
Siemens- und Rockwell-Steuer-ungen verwenden für die Kommunikation über Ethernet unterschiedliche Protokolle. Bis zur Transportschicht (Layer 1 bis 4 des ISO/OSI-Referenzmodells) sind die verwendeten Protokolle identisch: Ethernet, TCP/UDP und IP. Bei Rockwell-Steuerungen befinden sich oberhalb der Transportschicht Dienste wie das Encapsulation Protokoll sowie das CIP. Auf beiden baut das EtherNet/IP-Protokoll auf, das bei fast allen Rockwell-Steuerungen wie etwa der ControlLogix oder der CompactLogix die verwendete \’Sprache\‘ ist. Bei älteren Systemen wie der SLC-500 wird noch das AB Ethernet-Protokoll verwendet, das auch unter dem Namen CSP bekannt ist. Siemens hingegen verwendet oberhalb der Transportschicht das RFC1006-Protokoll (auch ISO on TCP) sowie das S7-Protokoll bzw. das S5-AP. In vielen Anlagen sind aber auch noch S5-Steuerungen anzutreffen, die nicht selten über Sinec H1 vernetzt sind, ebenfalls ein auf Ethernet aufbauendes Protokoll. Echochange beherrscht alle genannten Protokolle. Das bedeutet, es ist in der Lage, die Daten komplett zu dekodieren, um sie dann – der Anforderung entsprechend – neu zu kodieren. Sollen aus einer Rockwell ControlLogix-SPS Daten an eine Siemens S7-Steuerung gesendet werden, dann wird in der CLX eine Message Instruction als Write Message parametriert. Neben den zu sendenden Daten wird hier auch der Kommunikationspartner definiert: In diesem Fall nicht die S7-Steuerung, sondern das echo- change mit seiner IP-Adresse. Das CIP-Datenpaket erhält für die Übertragung über Ethernet einen sogenannten Encapsulation-Header. Dieser enthält Datenfelder mit Steuerbefehlen, Format- und Statusinformationen, Synchronisationsdaten usw. Anschließend werden die Daten auf die Transportschicht hinuntergereicht. Hier erhalten Sie einen TCP-Header, der die entsprechende Portnummer enthält. Auf der Netzwerkschicht kommt ein IP-Header hinzu, in dem die IP-Adresse des echo-change als Ziel-Adresse enthalten ist. Schließlich kommt ein MAC-Header hinzu, in dem die physikalische Adresse der Zielstation (echochange) enthalten ist. So gekapselt, bewegen sich die Daten als Ethernet-Frame über das Netzwerk und werden schließlich zur Zielstation, dem echochange, geroutet. Echochange entkapselt die Daten, entfernt MAC-Header, IP-Header und TCP-Header, Encapsulation-Header und den CIP-Header. Um von der S7-Steuerung verstanden zu werden, müssen die Daten nun neu gepackt werden. Die Portnummern werden in entsprechende TSAPs gewandelt. Als Zieladresse wird die Ethernet-Adresse der S7-Steuerung angegeben. Erneut gekapselt bewegen sich die Ethernet-Frames nun über das Ethernet-Netz zur S7-Steuerung, wo sie ausgewertet und weiterverwendet werden.
Sprachtalent
\“Echochange haben wir überall dort eingesetzt, wo ControlLogix mit anderen Systemen gekoppelt werden muss, also nicht nur Siemens, sondern beispielsweise auch mit B&R-Steuerungen. Die Anwendungen umfassen meist Kopplungen von einzelnen Maschinenteilen mit separaten Steuerungssystemen. Auch die Kopplung von Einzelmaschinen in Gesamtanlagen wird realisiert, wenn die Steuerungsplattformen unterschiedlich sind\“, erklärt Walter Dallmeier. Echo-change beherrscht neben den Siemens- und Rockwell-Protokollen auch das Modbus on TCP-Protokoll, das bei zahlreichen Ethernet-Anschaltungen der unterschiedlichsten Hersteller eingesetzt wird, wie beispielsweise Schneider Electric (Modicon), Beckhoff, Wago usw. Die Kommunikation ist in allen Richtungen und Kombinationen möglich. So können S7-Steuerungen Daten an eine Schneider-Steuerung übertragen oder eine Beckhoff-Klemme sendet ihrerseits Daten an eine ControlLogix. Echochange schafft damit Verbindungen zwischen Steuerungswelten, die sich bisher nicht oder nur mit Mühe verstanden haben.
